2024高考物理一輪復(fù)習(xí)機(jī)械振動(dòng)機(jī)械波光電磁波與相對(duì)論第3講光的折射全反射課時(shí)作業(yè)含解析

PAGE7-第3講光的折射全反射1．(2024·青島模擬)(多選)關(guān)于光的傳播現(xiàn)象及應(yīng)用，下列說(shuō)法正確的是()A．一束白光通過(guò)三棱鏡后形成了彩色光帶是光的色散現(xiàn)象B．光導(dǎo)纖維絲內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率大C．海面上的空中樓閣將呈現(xiàn)倒立的像，位置在實(shí)物的上方，又稱(chēng)上現(xiàn)蜃景D．一束色光從空氣進(jìn)入水中，波長(zhǎng)將變短，色光的顏色也將發(fā)生變更E．一束白光從空氣斜射進(jìn)入水中，也將發(fā)生色散ABE[一束白光通過(guò)三棱鏡后形成了彩色光帶是光的色散現(xiàn)象，A正確；由全反射的條件可知，內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率要大，故B正確；空中樓閣將呈現(xiàn)正立的像，位置在實(shí)物的上方，又稱(chēng)上現(xiàn)蜃景，C錯(cuò)誤；色光進(jìn)入水中，光的頻率不變，顏色不變，D錯(cuò)誤；白光斜射入水中，由于水對(duì)不同色光的折射率不同，各種色光將分開(kāi)，故E正確。]2．(2024·河北衡水中學(xué)調(diào)研)(多選)如圖所示，一塊上、下表面平行的玻璃磚的厚度為L(zhǎng)，玻璃磚的折射率n＝eq\r(3)，若光從上表面AB射入的入射角i＝60°，光在空氣中的傳播速度視為c，則()A．折射角γ＝30°B．光在玻璃中傳播的時(shí)間為eq\f(2\r(3)L,3c)C．光在玻璃中傳播的時(shí)間為eq\f(2L,c)D．變更入射角i，光在下表面CD可能發(fā)生全反射E．光肯定能從CD面射出ACE[由n＝eq\f(sini,sinγ)得sinγ＝eq\f(sini,n)＝eq\f(sin60°,\r(3))＝0.5，得γ＝30°，故A正確；光在玻璃中傳播的速度v＝eq\f(c,n)，由幾何學(xué)問(wèn)可知光在玻璃中傳播的路程s＝eq\f(L,cosγ)，則光在玻璃中傳播的時(shí)間t＝eq\f(s,v)＝eq\f(nL,ccosγ)＝eq\f(\r(3)L,ccos30°)＝eq\f(2L,c)，故B錯(cuò)誤，C正確；由于光在CD面上的入射角等于光在AB面上的折射角，依據(jù)光路可逆性原理可知光肯定能從CD面射出，故D錯(cuò)誤，E正確。]3.(多選)如圖所示，實(shí)線(xiàn)為空氣和水的分界面，一束藍(lán)光從空氣中的A點(diǎn)沿AO1方向(O1點(diǎn)在分界面上，圖中O1點(diǎn)和入射光線(xiàn)都未畫(huà)出)射向水中，折射后通過(guò)水中的B點(diǎn)。圖中O點(diǎn)為A、B連線(xiàn)與分界面的交點(diǎn)。下列說(shuō)法正確的是()A．O1點(diǎn)在O點(diǎn)的右側(cè)B．藍(lán)光從空氣中射入水中時(shí)，速度變小C．若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，則折射光線(xiàn)有可能通過(guò)B點(diǎn)正下方的C點(diǎn)D．若沿AO1方向射向水中的是一束紅光，則折射光線(xiàn)有可能通過(guò)B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)E．若藍(lán)光沿AO方向射向水中，則折射光線(xiàn)有可能通過(guò)B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)BCD[據(jù)折射定律，知光由空氣斜射入水中時(shí)入射角大于折射角，則畫(huà)出光路圖如圖所示，知O1點(diǎn)應(yīng)在O點(diǎn)的左側(cè)，故A錯(cuò)。光從光疏介質(zhì)(空氣)進(jìn)入光密介質(zhì)(水)中時(shí)，速度變小，故B對(duì)。紫光的折射率大于藍(lán)光，所以折射角要小于藍(lán)光的，則可能通過(guò)B點(diǎn)下方的C點(diǎn)，故C對(duì)。若是紅光，折射率小于藍(lán)光，折射角大于藍(lán)光的，則可能通過(guò)B點(diǎn)上方的D點(diǎn)，故D對(duì)。若藍(lán)光沿AO方向射入，據(jù)折射定律，知折射光線(xiàn)不能通過(guò)B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)，故E錯(cuò)。]4．(多選)如圖是不平行玻璃磚的截面，a、b兩束單色光從空氣垂直玻璃磚上表面射入，在下表面上反射和折射狀況如圖所示，則a、b兩束光()A．在同種勻稱(chēng)介質(zhì)中傳播時(shí)，b光的傳播速度大B．以相同的入射角從空氣斜射入水中，b光的折射角較大C．在真空中，a光的波長(zhǎng)大于b光波長(zhǎng)D．在玻璃中，na<nbE．讓b光以入射點(diǎn)為軸，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則b光會(huì)在玻璃磚的下表面發(fā)生全反射ABE[由圖可知，a光發(fā)生了全反射，b光沒(méi)有發(fā)生全反射，即a光發(fā)生全反射的臨界角C小于b光發(fā)生全反射的臨界角C，由sinC＝eq\f(1,n)，知b光的折射率小，即na>nb，故D錯(cuò)誤；依據(jù)n＝eq\f(c,v)，知va<vb，A正確；依據(jù)n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，當(dāng)θ1相等時(shí)，b光的折射角較大，B正確；由于na>nb，則fa>fb，由c＝fλ知λa<λb，C錯(cuò)誤；當(dāng)b光逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，b光在玻璃磚下表面的入射角會(huì)增大，當(dāng)該角大于b光的臨界角時(shí)，b光就會(huì)發(fā)生全反射，E正確。]5．(2024·江蘇南通一模)有一種用于電子顯示屏的發(fā)光二極管，其管芯的發(fā)光區(qū)域是直徑為D的圓面，P為O點(diǎn)正上方球面上的一點(diǎn)，發(fā)光二極管中半球體介質(zhì)的半徑為R，如圖所示。(1)若介質(zhì)的折射率n1＝eq\r(2)，真空中光速為c，求光從A點(diǎn)沿直線(xiàn)傳播到P點(diǎn)的時(shí)間t；(2)為使從發(fā)光面AB發(fā)出的光在球面上都不發(fā)生全反射，求介質(zhì)的折射率n應(yīng)滿(mǎn)意什么條件？解析：本題考查光在半球形介質(zhì)中的傳播時(shí)間、臨界問(wèn)題。(1)光在介質(zhì)中的傳播速度v＝eq\f(c,n1)，則此光從A點(diǎn)沿直線(xiàn)傳播到P點(diǎn)的時(shí)間t＝eq\f(\r(R2＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(D,2)))2),v)，解得t＝eq\f(\r(8R2＋2D2),2c).(2)從A點(diǎn)或B點(diǎn)垂直于圓面射出的光射到球面的入射角最大(設(shè)為α)，則sinα＝eq\f(D,2R)，設(shè)光發(fā)生全反射的臨界角為C，則sinC＝eq\f(1,n)。若不發(fā)生全反射應(yīng)滿(mǎn)意α<C，即sinα<sinC，解得n<eq\f(2R,D)。答案：(1)eq\f(\r(8R2＋2D2),2c)(2)n<eq\f(2R,D)6.(2024·廣東汕頭質(zhì)檢)如圖所示，一截面為直角三角形的玻璃棱鏡ABC置于真空中，∠A＝30°，D點(diǎn)在AB上，AD＝L，AB＝3L。一條光線(xiàn)平行于AC邊從D點(diǎn)射入棱鏡，玻璃的折射率為eq\r(3)，光在真空中的傳播速度為c。(1)推斷AC邊是否有光線(xiàn)射出；(2)求光在棱鏡中傳播的時(shí)間。解析：本題考查光的折射與全反射、光的傳播時(shí)間等問(wèn)題。(1)入射角為i＝60°，由折射定律得n＝eq\f(sini,sinγ)，解得折射角γ＝30°；由幾何關(guān)系得∠DEA＝180°－(90°＋γ＋30°)＝30°，α＝90°－30°＝60°，設(shè)光線(xiàn)在AC邊發(fā)生全反射的臨界角為C0，有sinC0＝eq\f(1,n)，可得C0<60°，即C0<α，因此AC邊沒(méi)有光線(xiàn)射出。(2)光在棱鏡中傳播速度為v＝eq\f(c,n)，BC、DE的延長(zhǎng)線(xiàn)交于G點(diǎn)，由幾何關(guān)系可知，△BDG是等邊三角形，EF＝EG，光在棱鏡中傳播距離為s＝DE＋EF＝DE＋EG＝DG＝2L，光在棱鏡中傳播所用的時(shí)間為t＝eq\f(s,v)，解得t＝eq\f(2\r(3)L,c)。答案：(1)AC邊沒(méi)有光線(xiàn)射出(2)eq\f(2\r(3)L,c)7．(2024·寧夏高校附中月考)如圖所示，MN是一條通過(guò)透亮球體球心的直線(xiàn)，在真空中波長(zhǎng)為λ0＝600nm的單色細(xì)光束AB平行于MN射向球體，B為入射點(diǎn)，若出射光線(xiàn)CD與MN所成的夾角α＝30°，出射點(diǎn)C與O的連線(xiàn)與ON的夾角為15°。求：(1)透亮體的折射率n；(2)此單色光在透亮球體中的波長(zhǎng)λ(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。解析：本題考查光在透亮球體中的折射問(wèn)題。(1)連接OB、BC，在B點(diǎn)光線(xiàn)的入射角、折射角分別設(shè)為i、γ，如圖所示。由折射定律可知在B點(diǎn)有n＝eq\f(sini,sinγ)，在C點(diǎn)有n＝eq\f(sin180°－135°,sin∠BCO)，又因?yàn)椤螧CO＝γ，所以i＝45°。又因?yàn)椤螧OC＝180°－i－∠COP＝120°，故γ＝30°，因此，透亮體的折射率n＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)。(2)n＝eq\f(c,v)＝eq\f(\f(c,f),\f(v,f))＝eq\f(λ0,λ)，代入數(shù)據(jù)解得λ＝424nm。答案：(1)eq\r(2)(2)424nm8.(2024·河北唐山模擬)如圖所示，矩形ABCD為某透亮介質(zhì)的截面圖，AB邊長(zhǎng)L1＝12cm，BC邊長(zhǎng)L2＝24cm，光線(xiàn)由A點(diǎn)以i＝53°的入射角射入AB面，光線(xiàn)進(jìn)入介質(zhì)后，經(jīng)過(guò)一次反射后，射究竟邊CD的中點(diǎn)F，并由F點(diǎn)射出介質(zhì)，不考慮光線(xiàn)在F點(diǎn)發(fā)生的反射現(xiàn)象。已知光速c＝3.0×108m/s，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6。求：(1)介質(zhì)的折射率；(2)光線(xiàn)在介質(zhì)中的傳播時(shí)間。解析：本題考查光的折射率和傳播時(shí)間的計(jì)算。(1)如圖所示，延長(zhǎng)A點(diǎn)的折射光線(xiàn)與底邊CD所在直線(xiàn)交于G點(diǎn)，則有CF＝CG，所以在三角形AGD中，由幾何關(guān)系可知GD＝eq\f(3,2)L1＝18cm，AG＝eq\r(AD2＋GD2)＝30cm，sinγ＝eq\f(GD,AG)＝0.6，由折射定律有n＝eq\f(sini,sinγ)，可得n＝eq\f(4,3)；(2)在介質(zhì)中v＝eq\f(c,n)；t＝eq\f(s,v)，s＝AG＝30cm，可得t＝eq\f(4,3)×10－9s。答案：(1)eq\f(4,3)(2)eq\f(4,3)×10－9s9.(2024·江西臨川一中等九校聯(lián)考)試驗(yàn)室中有一橫截面為直角三角形的玻璃磚，如圖所示為該玻璃磚的截面ABC，其中，∠B＝90°，∠C＝30°，D、E是斜邊上的三等分點(diǎn)，斜邊AC長(zhǎng)為3a，讓玻璃磚豎直放置，在底邊BA的延長(zhǎng)線(xiàn)上有一點(diǎn)光源S，光源S與A的距離為a。光源S發(fā)出的兩束不同頻率的單色光1、2分別照耀到斜邊上的E、D點(diǎn)，經(jīng)斜邊折射后進(jìn)入玻璃磚中的光線(xiàn)平行于底邊AB，然后在BC邊第一次射出。已知光在真空中的傳播速度為c。求：(1)光束1在玻璃磚中傳播的速度；(2)光束2第一次在玻璃磚中傳播的時(shí)間。解析：本題考查點(diǎn)光源光線(xiàn)在同一玻璃磚中的傳播問(wèn)題。(1)由題知光路如圖所示，由幾何關(guān)系得i1＝60°，γ1＝30°，由折射定律得n1＝eq\f(sini1,sinγ1)＝eq\r(3)，光束1在玻璃磚中傳播的速度為v1＝eq\f(c,n1)＝eq\f(\r(3),3)c；(2)設(shè)∠SDA＝θ，則∠DSA＝60°－θ，由正弦定理有eq\f(α,sinθ)＝eq\f(2a,sin60°－θ)，解得cosθ＝eq\f(5\r(7),14)，由三角函數(shù)學(xué)問(wèn)得sinγ2＝cosθ＝eq\f